Robots apasionados por los polímeros

Una memoria de elefante para hormigas de plástico

El campo de la robótica es muy popular actualmente. Son muchos los laboratorios de investigación en este campo que afirman inspirarse en la naturaleza. Algunos de ellos van un paso más allá en su interés por lo natural, creando «monstruos» que ni la propia naturaleza podría imaginar. ¿Por qué copiar las habilidades de un solo animal cuando podríamos combinar al menos un par de ellas?

Siempre de rabiosa actualidad, los robots diseñados por Festo representan la tecnología más avanzada y con frecuencia sitúan la plastrónica en el centro de atención.

Esta parece ser la línea de razonamiento de la empresa alemana Festo, que ha desarrollado un brazo robotizado claramente inspirado en los tentáculos de pulpo y la trompa del elefante. Al igual que la trompa del elefante, el brazo es capaz de moverse en cualquier dirección y, gracias a sus ventosas, agarrar y levantar prácticamente cualquier objeto con un peso de hasta tres kilogramos.

El brazo del BionicMotionRobot está formado por tres segmentos flexibles accionados por unos fuelles neumáticos fabricados con un elastómero, un polímero que es a la vez flexible y resistente. Cada uno de ellos está recubierto por una capa de tejido sintético que evoca las fibras musculares del tentáculo del pulpo. Gracias a su estructura, el brazo es capaz de moverse en tres direcciones a la vez y realiza los mismos movimientos naturales que sus fuentes de inspiración, el elefante y el pulpo.
No es la primera vez que Festo desvela invenciones espectaculares. Ya en 2015 generó gran expectación al presentar un robot que reproducía la anatomía y los comportamientos sociales de las hormigas. Fue todo un reto puesto que estos robots de 1,5 cm de largo debían albergar todo tipo de sensores y componentes electrónicos para su funcionamiento. Los investigadores, como es natural, investigaron en el campo de la plastrónica y, en particular, en la técnica de sinterizado por láser: una técnica que utilizan para inyectar los componentes electrónicos directamente en las piezas de plástico que forman las distintas partes de los cuerpos de los robots hormiga.

Ojos de mosca hechos de plástico

Los especialistas en biomimética también están fascinados por los ojos de las moscas. ¡Y con razón! Porque estos insectos poseen prácticamente un sexto sentido el cual les confiere la habilidad de esquivar todo lo que se interponga en su camino. Sus ojos están formados por cientos de sensores que son sensibles a la luz, por supuesto, pero también a la dirección y la velocidad de los «objetos» en movimiento que se encuentren en su entorno más inmediato.

Hoy por hoy, no existe ninguna cámara artificial capaz de imitar las habilidades del ojo de la mosca. No obstante, crear una imitación artificial de ese órgano podría tener importantes repercusiones, en especial para las personas invidentes, que podrían utilizar prendas equipadas con tales ojos. Si bien no les permitiría recuperar la visión, esta tecnología podría usarse para generar una señal vibratoria cuando estuvieran cerca de un obstáculo en movimiento.

También los drones que se utilizan en las misiones de rescate podrían beneficiarse de esta tecnología. La Comisión Europea financia investigaciones en este campo.Varios laboratorios de Suiza, Alemania y Francia han aunado esfuerzos para desarrollar este nuevo prototipo de ojo. Y parece que han tenido éxito puesto que este brillante consorcio ha creado un ojo artificial, bautizado como CurvACE, que es tan eficaz como el ojo de la mosca.

Reproducir artificialmente el ojo de la mosca podría mejorar considerablemente la calidad de vida de las personas invidentes. La Comisión Europea está financiando la investigación en varios laboratorios europeos y los primeros resultados son esperanzadores.

Esta maravilla de la tecnología está formada por tres capas distintas: una capa óptica integrada por un conjunto de microlentes de un polímero altamente transparente ensambladas sobre una base de cristal que focaliza la luz sobre una segunda capa compuesta por fotodetectores de silicio. La última capa, una placa de circuito impreso hecha de poliimida, un polímero especialmente termoestable, se utiliza para la interconectividad. A pesar de que todavía está lejos de ser comercializado, los investigadores de la Escuela Politécnica de Lausana ya están trabajando en un prototipo de gorro destinado a personas invidentes.

Los polímeros se convierten en aprendices de brujo

Los polímeros están presentes en todos los niveles de la investigación biomimética, incluidos aquellos más extremos donde se diseñan robots hechos de células vivas y materiales sintéticos como los polímeros. Investigadores del laboratorio de bioingeniería de Harvard en los Estados Unidos han utilizado células de ratas, silicona y oro para crear un robot inspirado en los peces raya. A medio camino entre la biomimética y la bioingeniería, estos investigadores han basado su modelo en la forma de moverse del pez raya que consiste en contraer los músculos para crear pequeños remolinos que le impulsan hacia adelante. Su objetivo era reproducir este movimiento tan particular. Para ello, diseñaron un robot que medía tan solo algunos centímetros de longitud y estaba compuesto por cuatro capas: una capa de polímero transparente de la familia de las siliconas para el cuerpo, un esqueleto de oro, otra capa de silicona y cerca de 200 000 células cardíacas de rata modificadas genéticamente. Las células se activan al exponerlas a la luz y sirven para mover el robot. Según los investigadores, este animal acuático artificial podría ayudar a mejorar los conocimientos sobre el modo en que el corazón bombea la sangre hacia los órganos y a desarrollar métodos para diseñar y controlar células cardíacas con el objetivo de crear en un futuro un corazón artificial.

Este pez raya artificial formado por células vivas y un polímero de la familia de la silicona es un robot híbrido. Podría ser el precursor de la próxima generación de corazones artificiales.

Otro equipo de científicos estadounidenses de Cleveland ha creado una babosa marina utilizando músculos de dicho gasterópodo. Esta nueva criatura, a la vez viva y artificial, posee músculos procedentes de babosa marina californiana que, como en el caso del pez raya, están controlados por campos electromagnéticos externos.

Esta babosa marina también es un híbrido. Su armazón está hecho con un polímero impreso en 3D que protege los órganos vivos del robot.

Los músculos se han insertado en un armazón polimérico impreso en 3D que reproduce fielmente el cuerpo de una babosa viva. El equipo de científicos explica que los robots híbridos o biónicos pueden llevar a cabo tareas que un animal o un robot solos no serían capaces de realizar. Este tipo de «máquinas» podrían utilizarse para explorar entornos contaminados por vertidos tóxicos, o para buscar la caja negra de una aeronave desaparecida en el mar.

Finalmente, un equipo de investigadores de Corea del Sur declara haber logrado imitar las sinapsis del cerebro, los pequeños puentes que conectan las neuronas entre ellas. Aunque el ordenador más potente del mundo tiene una capacidad de computación cinco veces superior a la del cerebro humano, todavía no puede competir con este, debido a que su capacidad analítica está lejos de ser comparable. Esto puede explicarse por el hecho de que los seres vivos tienen mayor densidad sináptica que las máquinas, y que tal densidad sigue siendo imposible de reproducir de forma artificial. Sin embargo, gracias a los avances en las investigaciones, estos científicos coreanos han creado con éxito un sistema formado por 144 sinapsis: un número muy bajo si lo comparamos con el cerebro humano, aunque... ¡toda una hazaña!.

El sistema, que mide solo unos pocos centímetros cuadrados y al que los ingenieros electrónicos han bautizado como transistor, está lleno de cables poliméricos que imitan las sinapsis. Cada cable mide entre 200 y 300 nanómetros, lo que es 330 veces más delgado que un cabello humano. Con objeto de lograr este tamaño y nivel de precisión, los investigadores tuvieron que inventar un nuevo polímero basado en tricloroetileno y clorobenceno que luego se usó como material para alimentar una impresora 3D completamente diseñada en el laboratorio. Esta es una verdadera revolución que podría beneficiar tanto al mundo de la informática como al de la nanorrobótica.

La auténtica inteligencia artificial todavía requiere un enorme progreso en el universo de la informática. Avanzar en la comprensión de la función de la sinapsis es uno de los caminos explorados por una universidad de Corea del Sur. Mediante la creación desde cero de cables nanométricos, estos investigadores han logrado reproducir su funcionalidad a muy pequeña escala.t.